¿Qué es la Investigación Reproducible?

Investigación Reproducible

¿Qué se entiende por un estudio Reproducible y Replicable?

Reproducible

Los autores entregan todos los datos necesarios y los códigos computacionales para realizar el análisis nuevamente, recreando los resultados.

Replicable

Un estudio que llega a los mismos hallazgos científicos que otro estudio, recolectando nuevos datos (posiblemente con diferentes métodos) y completando nuevos análisis.

Clases de Reproducibilidad

• Reproducibilidad Computacional: Cuando se proporciona información detallada sobre el código, software, hardware y detalles de la implementación

• Reproducibilidad Empírica: Cuando se proporciona información detallada sobre experimentos y observaciones científicas empíricas no computacionales. En la práctica, esto se ocurre al hacer que los datos y los detalles de cómo se recopilaron estén disponibles de forma gratuita.

• Reproducibilidad Estadística: Cuando se proporciona información detallada, por ejemplo, sobre la elección de pruebas estadísticas, parámetros del modelo y valores de umbral. Esto se relaciona principalmente con el registro previo del diseño del estudio para evitar la práctica de p-value hacking y otras manipulaciones.

Reproducibilidad

Reproducibilidad

Ventajas y dificultades

Etapas de una Investigación Reproducible

Ciencia Abierta

“1.500 scientist lift the lid on reproducibility”

Difusión y citas

Datos Abiertos

Solo una proporción muy pequeña de los datos originales se publica en revistas convencionales o investigaciones públicas. A pesar de las políticas existentes sobre el archivo de datos, en la actualidad, los datos se almacenan principalmente en archivos privados, no en repositorios institucionales seguros, y se pierde a ellos por parte del público general.

Esta falta de intercambio de datos es un obstáculo para la investigación internacional (ya sea académica, gubernamental o comercial) por dos razones principales:

• Generalmente es difícil o imposible reproducir un estudio sin los datos originales.

• Los datos no pueden ser reutilizados o incorporados en nuevos trabajos por otros investigadores si no pueden acceder a ellos.

Barreras para el intercambio de datos

Software de Código abierto

Cuando un proyecto es de código abierto, cualquiera puede ver, usar, modificar y distribuir el proyecto para cualquier propósito. Estos permisos se aplican a través de una licencia de código abierto

¿Cómo los software de código abierto benefician la investigación?

Espectro de Reproducibilidad

R project

https://cran.dcc.uchile.cl/

RSudio IDE

https://posit.co/download/rstudio-desktop/

Existen otras alternativas más génericas como Visual Studio Code, un editor de código para múltiples lenguajes. Sin embargo, al no ser un software especializado en R, requiere utilizar extensiones para lograr las funcionalidad que otorga RStudio.

Quarto

https://quarto.org/docs/get-started/

Git & Github

• Git

• Github CLI

• Github Desktop

• Repositorio para este curso

Conectar RStudio y Github

1. Crear una cuenta en GitHub
2. Crear un token de acceso personal (PAT) en GitHub

library(usethis)
create_github_token()

library(gitcreds)
gitcreds::gitcreds_set()

RStudio

1. Tener un proyecto local
2. Realizar un commit inicial
3. Escribir:

library(usethis)
usethis::use_github()

Control de versiones para datos

Importancia del control de versiones para datos

• Los datos utilizados en los análisis no son estáticos

• Los datos pueden mutar no sólo debido a que se ingresa nueva información

• En muchas investigaciones se desea experimentar con diferentes versiones del mismo conjunto de datos

• Controlar las versiones de conjuntos de datos o de archivos grandes ayuda a la reproducibilidad de un proyecto

Desafíos en el control de versiones para datos

La principal limitación que tiene Git es que conforme la cantidad y tamaño de los archivos en el proyecto crecen, se vuelve impracticable el control de versiones.

• Usualmente un repositorio se considera grande cuando su tamaño es sobre 1 TB

Herramientas en el control de versiones para datos

Entre las herramientas más usadas para el control de versiones para grandes archivos están:

• Data Version Control: Particularmente útil cuando se trabaja con muchos modelos, pues puede registrar el desempeño de modelos pre-establecidos commit tras commit.

Administración de datos de investigación

El estándar para investigaciones reproducibles es que los datos cumplan con los principios FAIR

FAIR

“The FAIR Guiding Principles for scientific data management and stewardship”

Ambientes reproducibles

Cada computador es un ambiente computacional único que consiste de un sistema operativo, los softwares instalados, sus respectivas versiones entre otras características.

¿Qué es un ambiente computacional?

En términos generales, un ambiente computacional es un sistema donde un programa se ejecuta. Esto incluye las características de hardware y software

Replicar los ambientes computacionales tendrá un potencial impacto en:

• Investigadores

• Colaboradores

Capturando el ambiente computacional

Categorías:

Sistema de admininistración de paquetes

Ejemplos:

• Conda
• Posit Package Manager
• Metrum Package Network via pkgr
• Packrat
• Renv

Binder

Binder requiere que el software (y óptimamente, sus versiones) necesario para ejecutar un proyecto sea especificado.

Máquinas virtuales

Contenedores

Ejemplos: Renv

1. Creamos un nuevo proyecto
2. Seleccionamos la opción de utilizar renv en el nuevo proyecto
3. Alternativamente podemos utilizar el comando renv::init() para proyectos existentes
4. Trabajamos en el código, instalando o sacando paquetes conforme sea necesario
5. Usamos el comando renv::snapshot() para capturar el ambiente

• El comando renv::init() tendremos opciones para restaurar, descartar o activar el ambiente computacional
• El comando renv::dependencies() nos entrega los paquetes de los cuales depende nuestro proyecto.

Ejemplos: Conda

1. Instalar Anaconda
2. Seleccionar pestaña Environment
3. Crear ambiente de proyecto (R, Python o ambos)
4. Utilizar RStudio desde anaconda.

BinderHub

YAML

YAML es un formato de serialización de datos que puede ser leído fácilmente. Su uso es amplio, desde Acciones en GitHub hasta Quarto

Un ejemplo de YAML que difine un ambiente computacional podría ser:

# Define the operating system as Linux
os: linux

# Use the xenial distribution of Linux
dist: xenial

# Use the programming language Python
language: python

# Use version of Python 3.2
python: 3.2

Caso práctico

¿Que es LaTeX?

Software de composición de textos

LaTeX vs Word

LaTeX vs Word

Instalación de LaTeX

\(\LaTeX\) local:

• MiKTEX:

• TexLive:

Instalación de LaTeX

\(\LaTeX\) online:

• Overleaf:

• Papeeria:

Usos de Latex

• Documentos Académicos

• Libros y Revistas

• Presentaciones

• Documentos Técnicos

• Documentos Matemáticos y Científicos

• Cartas y Documentos Formales

• Generación Automatizada de Documentos

Herramientas para escribir en LaTeX

Definidos como Editores de texto, consisten en la aplicación que le permite a un usuario escribir el LaTeX.

Elementos basicos de LaTeX

Estructura básica de LaTeX

Formato

Definición del Documento de LaTeX: documentclass{ }

\documentclass{article}

Paquetes: usepackage{ }

Algunas funciones requieren de paquetes (librerías) para que el software las reconozca. Para aprovechar estas funciones se debe especificar que paquetes deben ser reconocidos a la hora de compilar el documento

\usepackage{package}

Paquetes principales

Templates

Ejemplo básico

Creación del Documento y definición de parámetros.

\documentclass{article}  %Definición del Documento

\usepackage[spanish]{babel}  %Configuración de Idioma

\usepackage[letterpaper,
            top=2cm,
            bottom=2cm,
            left=3cm,
            right=3cm,
            marginparwidth=1.75cm]{geometry} %Parámetros 

%Paquetes de ejemplo

\usepackage[utf8]{inputenc}
\usepackage{underscore}
\usepackage{amsmath}
\usepackage{graphicx}
\usepackage[colorlinks=true, allcolors=blue]{hyperref}
\usepackage{datetime}
\usepackage{ragged2e}
\usepackage{parskip}
\newdateformat{monthyeardate}{%
\monthname[\THEMONTH], \THEYEAR}

\title{Latex}  %Titulo
\author{Eloy Alvarado}      %Autor

\begin{document}  %Inicio del Contenido

Portada

\begin{titlepage} %Inicio portada

%Imagen
\begin{figure}[h]
\vspace{10mm}  %Espacio Vertical
\centering
\includegraphics[scale=0.15]{logo_usm.png} %Logo USM
\end{figure}

\vspace{50mm}
\begin{center} 
\hrule         %Linea Horizontal
\vspace{2mm}
{\Huge \textbf{\sc Presentación}}\\ %Titulo
\vspace{2mm}
{\Large \sc{Latex}}
\vspace{2mm}
\hrule
\vspace{1cm}


\centering
\textbf{Autor:     Eloy Alvarado} \\ %Autor

\vfill
\textsc{\monthyeardate\today}\\[0.5cm] %Fecha
\end{center}


\end{titlepage}

Contenido

\section{Contenido}

\justifying
En este documento de LaTeX, se presenta de manera 
detallada y exhaustiva el contenido que se puede 
incluir en el mismo. A través del lenguaje de 
marcado LaTeX, es posible crear y formatear textos
de forma justificada, permitiendo así una 
presentación clara y profesional. Además, LaTeX 
ofrece la flexibilidad para incorporar fórmulas
matemáticas dentro del propio texto, lo que resulta 
especialmente útil para expresar
conceptos matemáticos de manera precisa y elegante.

\subsection{Formato de Texto}
LaTeX entrega la libertad de modificar el texto 
según las necesidades de quien edita, permitiendo: 

\begin{itemize}
    \item Textos centrados:
    
            LaTeX \centering

    \item Textos a la derecha: \justifying

            LaTeX \raggedleft

    \item Textos en Negrita: \textbf{LaTeX} 
    \justifying

    \item Textos en Cursiva: \textit{LaTeX}  

    \item Textos en otra tipografía: \texttt{LaTeX}
\end{itemize}

Entre muchas opciones más.

\justifying
\subsection{Matemática}

Respecto a la matemática, la principal 
de este software, existen múltiples de 
materializarla.

\vspace{10mm}

\textbf{Modo de ecuación numerada}: para que 
el documento asocie la ecuación a un numero de 
forma automática permitiendo hacer referencia
a ella en el texto.

\centering
\begin{math}
\sqrt{x^2+1}
\end{math}

\justifying

\vspace{10mm}

\textbf{Modo de ecuación sin enumerado}: Para que 
quede centrada y quede en una linea separada, 
dandole mas enfasís.

\[\sqrt{x^2+1}\] 

$$\sqrt{x^2+1}$$

\textbf{Modo en línea}: para incluir formulas
dentro del texto $\sqrt{x^2+1}$

\end{document}

Texto

El texto en Latex se escribe directamente, si es que no se le desea asignar algún formato.

El término neolatino 'Plantae' y el castellano 'plantas' 
derivan del latín planta (brote, retoño), plantare 
(quedarse allí donde las plantas de los pies tocan el suelo).
Desde este punto de vista, podríamos llamar planta a cualquier
ser plantado en el suelo o en un sustrato; sin embargo, 
podemos ver excepciones en algunos briófitos y en la angiosperma
lenteja de agua, que no están fijos, pero los consideramos plantas.

Texto

Para destacar y darle un formato especifico al texto anterior existen múltiples comandos, siendo los principales

\textbf{Texto en Negrita}
\textit{Texto en Cursiva}

Ajustando el texto anterior

El término neolatino \textit{'Plantae'} y el castellano \textit{'plantas'} 
derivan del latín \textbf{planta} (brote, retoño), \textbf{plantare} 
(quedarse allí donde las plantas de los pies tocan el suelo).
Desde este punto de vista, podríamos llamar planta a cualquier
ser plantado en el suelo o en un sustrato; sin embargo, 
podemos ver excepciones en algunos \textbf{briófitos} y en la \textbf{angiosperma}
lenteja de agua, que no están fijos, pero los consideramos plantas.

Parrafos

Para separar párrafos en LaTeX, basta con colocar una linea en blanco entre párrafos.

...sin embargo, podemos ver excepciones en algunos \textbf{briófitos} y 
en la \textbf{angiosperma} lenteja de agua, que no están fijos, pero 
los consideramos plantas.

Por otro lado, el concepto moderno de planta, viene del sistema de 
clasificación de Haeckel, quien descarta el antiguo reino vegetal,
creando un nuevo reino Plantae con un sentido más natural y con sus
características comunes, por lo que este nuevo reino no admite como
miembros a otros organismos que no están relacionados con las plantas
terrestres, como sucede con las bacterias, los hongos y las protistas en general.

Jerarquía de Texto

LaTeX basa su jerarquía en Secciones y Subsecciones, las cuales son ordenadas automáticamente según el orden lógico que siguen.

\section{Planeta}
Tierra

\subsection{Pais}
Chile

\subsubsection{Ciudad}
Santiago de Chile

Listados

Los elementos de estos listados se denominan items:

\subsubsection{Números}

\begin{enumerate}
  \item Uno
  \item Dos
  \item Tres
\end{enumerate}

\subsubsection{Animales}

\begin{itemize}
  \item León
  \item Perro
  \item Gato
\end{itemize}

Referencias y Bibliografia

Las entradas en este documento tienen la siguiente sintaxis:

@article{Smith2021,  %Identificador de Referencia
  author = {John Smith and María López},
  title = {Environmental Challenges in Chile: A Case Study of the Atacama Desert},
  journal = {Environmental Science Journal},
  volume = {25},
  number = {3},
  pages = {201--215},
  year = {2021},
  doi = {10.12345/esj.2021.25.3.201},
  publisher = {Springer}
}

Si se desease utilizar la referencia anterior en una cita se debe adjuntar el comando

\cite{Smith2021}

Gestión Bibliográfica

• JabRef
• Zotero
• Mendeley

Bibliografía

Para incorporar la bibliografía al texto incluímos:

Escritura técnica

\begin{equation}
z=\overbrace{\underbrace{x}_\text{real}+
i\underbrace{y}_\text{imaginario}}
^\text{numero complejo}
\end{equation}

\begin{equation}
A \xleftarrow{\text{Izquierda}} B 
  \xrightarrow[\text{Derecha}]{ } C
\end{equation}

\begin{equation}
  x = a_0 + \frac{1}{a_1 +
  \frac{1}{a_2 +
  \frac{1}{a_3 + a_4}}}
\end{equation}

Cartas Gantt

El paquete pgfgantt nos permite fácilmente crear cartas gantt, para ello debemos agregarlo en el preámbulo del documento.

\usepackage{pgfgantt}

Un ejemplo sencillo de carta gantt es el siguiente:

\begin{ganttchart}{1}{12}
\gantttitle{2011}{12} \\
\gantttitlelist{1,...,12}{1} \\
\ganttgroup{Group 1}{1}{7} \\
\ganttbar{Task 1}{1}{2} \\
\ganttlinkedbar{Task 2}{3}{7} \ganttnewline
\ganttmilestone{Milestone}{7} \ganttnewline
\ganttbar{Final Task}{8}{12}
\ganttlink{elem2}{elem3}
\ganttlink{elem3}{elem4}
\end{ganttchart}

Cartas Gantt

\begin{ganttchart}{1}{12}
\gantttitle{2011}{12} \\
\gantttitlelist{1,...,12}{1} \\
\ganttgroup{Group 1}{1}{7} \\
\ganttbar{Task 1}{1}{2} \\
\ganttlinkedbar{Task 2}{3}{7} \ganttnewline
\ganttmilestone{Milestone}{7} \ganttnewline
\ganttbar{Final Task}{8}{12}
\ganttlink{elem2}{elem3}
\ganttlink{elem3}{elem4}
\end{ganttchart}

La documentación de este paquete se encuentra en CTAN.

Overleaf + GitHub

Overleaf tiene integraciones con distintas herramientas:

• Dropbox
• GitHub
• Mendeley
• Zotero

Ejercicio práctico

La discusión eterna

R + Python

R y Python no son mutuamente excluyentes

Código python en R

El paquete reticulate nos permite ejecutar código Python en nuestros archivos R.

1. Instalamos y cargamos el paquete

install.packages("reticulate")

2. Configuramos la dirección de nuestro python local

library(reticulate)
use_python("/home/ealvnrz/anaconda3/bin/python")

3. Ejecutamos código python

py_run_string("def Psq (x):
                value= x*x
                return(value)")

4. Utilizamos la función en R

py$Psq(3)

Programando en R

Para una introducción a R, ver Introducción a R del R Development Core Team

Tipos de Datos

Cada objeto en R es de un tipo base y sólo R-core puede crear nuevos tipos

Tipos de datos base

Existen 5 tipos de datos base: double, integer, complex, logical y character. Estos también pueden ser tipo NULL.

Sin importar la complejidad del análisis, en R todos los datos son interpretado como alguno de estos tipos base

typeof(3.14)

[1] "double"

typeof(1L)

[1] "integer"

typeof(3i)

[1] "complex"

typeof(TRUE)

[1] "logical"

typeof('ifop')

[1] "character"

typeof(NULL)

[1] "NULL"

Estructuras de Datos

Matrices (arreglos)

Una característica distintiva de las matrices es que todos los valores son del mismo tipo de dato

Vectores y coerción de tipos

Los vectores son matrices 1-dimensionales.

vector <- vector(length = 3)
vector

[1] FALSE FALSE FALSE

typeof(vector)

[1] "logical"

vector_char <- vector(mode = "character", length = 3)
vector_char

[1] "" "" ""

typeof(vector_char)

[1] "character"

Coerción

¿Qué producirá el siguiente código?:

ex <- c(2,6,"3")

[1] "2" "6" "3"

Ejemplos de coerción

logical -> character

c("a", TRUE)

[1] "a"    "TRUE"

c("FALSE", TRUE)

[1] "FALSE" "TRUE" 

c(0, TRUE)

[1] 0 1

chars <- c("0","3","4")
as.numeric(chars)

[1] 0 3 4

as.logical(chars)

[1] NA NA NA

as.logical(as.numeric(chars))

[1] FALSE  TRUE  TRUE

as.numeric(c("FALSE", TRUE))

[1] NA NA

Listas

Las listas puede guardar objetos de cualquier tipo o clase

list(1, "a", TRUE)

[[1]]
[1] 1

[[2]]
[1] "a"

[[3]]
[1] TRUE

Objectos S3, S4 Y S6

Las matrices y listas tienen un tipo base inmutable. En contraste, en R existen los objetos S3, S4 y S6; siendo S3 el más común.

df <- data.frame(id = 1:3, 
                 tratamiento = c("a", "b", "b"), 
                 estado = c(TRUE, TRUE, FALSE))
df

  id tratamiento estado
1  1           a   TRUE
2  2           b   TRUE
3  3           b  FALSE

Data.frames

typeof(df)

[1] "list"

class(df)

[1] "data.frame"

sloop::otype(df)

[1] "S3"

Flujo de trabajo